JP2019086349A - Condition monitoring device and abnormality diagnostic method for bearing - Google Patents

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Abstract

To provide an abnormality diagnostic method and a condition monitoring device that have achieved an improvement in accuracy required for detecting abnormality of a rotary machine under a noisy environment.SOLUTION: An abnormality diagnostic method comprises the steps of: setting a main monitoring band on each of a fundamental frequency and higher harmonic frequencies that, resulting from a damage of a bearing, are calculated based on a rotation speed signal and a design specification of the bearing (S3); and applying a frequency analysis to measurement data, and determining abnormality of the bearing to be a diagnosis object using a first value Σm that indicates a total of powers of frequency components in the main monitoring bands and a second value Σo that indicates a total of powers of frequency components in sub-monitoring bands other than the main monitoring bands, at each of the fundamental frequency and the higher harmonic frequencies (S5 to S9).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は転がり軸受の状態監視装置及び異常診断方法に関する。   The present invention relates to a rolling bearing state monitoring device and an abnormality diagnosis method.

従来、回転機械等の被試験対象物では、各種振動系センサが測定した加速度、速度、変位、音、AE(Acoustic Emission)、電力のような物理量の測定データに基づいて、被試験対象物の状態を監視している。具体的には、測定データによって示される波形の特徴を示す特徴量が算出され、算出された特徴量を用いて被試験対象物の異常の有無が判定される。   Conventionally, in an object to be tested such as a rotating machine, the object to be tested is measured based on measurement data of physical quantities such as acceleration, velocity, displacement, sound, AE (Acoustic Emission), and electric power measured by various vibration sensors. I am monitoring the status. Specifically, a feature amount indicating the feature of the waveform indicated by the measurement data is calculated, and the presence or absence of an abnormality of the test object is determined using the calculated feature amount.

回転部品の異常を診断するという目的で、振動系センサを取付けて、回転速度信号および設計諸元に基づき算出された回転部品の損傷に起因した周波数成分と振動系センサにより検出された信号波形に基づく実測データの周波数成分との比較照合を行ない、比較結果に基づき、回転部品の異常の有無や異常部品及び部位を特定する方法が知られている(特開2006−077945号公報参照)。   A vibration system sensor is attached for the purpose of diagnosing abnormality of the rotating parts, and it is based on the rotational speed signal and the frequency component due to the damage of the rotating parts calculated based on the design specifications and the signal waveform detected by the vibration system sensor There is known a method of comparing and collating with frequency components of measured data based on the above, and identifying the presence or absence of abnormality of the rotating part and the abnormal part and part based on the comparison result (refer to JP2006-077945A).

特開2006−077945号公報JP, 2006-077945, A 特開2001−021453号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-021453

ただし、このような従来手法では、ノイズの少ない環境(実験室など)で振動を測定する場合はある程度判定できるが、ノイズの多い環境(測定対象の周りに大電力の電気設備がある場所、或は衝撃振動がある場所など)で振動を測定すると、異常と無関係のノイズの混入により、判定が難しくなるケースが多い。誤診断が発生すると異常診断の信頼性低下にも繋がる。   However, with such conventional methods, although it can be determined to some extent when measuring vibration in a low noise environment (such as a laboratory), a noisy environment (where there is a large power electrical facility around the object to be measured, When the vibration is measured in a place where there is impact vibration etc., the determination is often difficult due to the inclusion of noise unrelated to the abnormality. If a misdiagnosis occurs, it leads to a reduction in the reliability of the abnormality diagnosis.

回転機械は工業に最も常用されている重要な設備で、そのトラブルや故障は生産や品質に与える悪影響が大きなものである。回転機械の異常診断は簡便さから振動法によるものが主流であるが、ノイズが多い環境に設置する場合が多いので、ノイズ対策が重要となる。   The rotary machine is an important equipment most commonly used in the industry, and its troubles and breakdowns have a great adverse effect on production and quality. Although vibration diagnosis is the mainstream for abnormality diagnosis of rotating machines because of its simplicity, it is often installed in an environment with a lot of noise, so it is important to take measures against noise.

また、上記の異常周波数帯域比較照合の方法以外に、OA値(Overall Value)による判定方法も知られている(特開2001−021453号公報参照)。OA値とは、振動などの時間信号を高速フーリエ変換(FFT)してパワースペクトルを求め、その分析周波数全体の合成パワーを意味する(分析された各周波数のパワースペクトルの積和)。しかし、この方法の場合も同様にノイズの混入により判定が難しくなる。   In addition to the above-mentioned abnormal frequency band comparison and comparison method, a determination method using an OA value (Overall Value) is also known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-021453). The OA value means fast Fourier transform (FFT) of a time signal such as vibration to obtain a power spectrum, and means the combined power of all analysis frequencies (product sum of power spectrum of each analyzed frequency). However, in the case of this method as well, the determination becomes difficult due to the inclusion of noise.

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ノイズが多い環境下での回転機械の異常を検出する精度が向上した異常診断方法および状態監視装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an abnormality diagnosis method and a state monitoring apparatus with improved accuracy in detecting an abnormality of a rotating machine in a noisy environment. It is to be.

この発明は、要約すると、軸受の回転時に発生する機械的振動を振動系センサによって測定した測定データに基づいて軸受の異常の有無を判定する異常診断方法であって、回転速度信号および軸受設計諸元に基づき算出された軸受の損傷に起因した基本周波数および基本周波数の高調波周波数の各々に主モニタリング帯域を設定するステップと、測定データに対して周波数分析を実行し、基本周波数および高調波周波数の各々における主モニタリング帯域での周波数成分のパワーの合計を示す第1の値と、主モニタリング帯域以外の副モニタリング帯域での周波数成分のパワーの合計を示す第2の値とを用いて、診断対象の軸受の異常を判定するステップとを備える。   The present invention, in summary, is an abnormality diagnosis method for determining the presence or absence of an abnormality in a bearing based on measurement data obtained by measuring mechanical vibration generated at the time of rotation of the bearing using a vibration system sensor. The step of setting the main monitoring band to each of the fundamental frequency and the harmonic frequency of the fundamental frequency caused by the damage of the bearing calculated based on the original, and performing frequency analysis on the measured data, the fundamental frequency and the harmonic frequency The diagnosis is performed using a first value indicating the sum of powers of frequency components in the main monitoring band and a second value indicating the sum of powers of frequency components in the sub-monitoring bands other than the main monitoring band in each of Determining an abnormality of a target bearing.

好ましくは、判定するステップは、第1の値を第2の値で除算した値がしきい値を超える場合に診断対象の軸受が異常であると判定する。   Preferably, the determining step determines that the bearing to be diagnosed is abnormal if a value obtained by dividing the first value by the second value exceeds a threshold.

好ましくは、振動系センサは、加速度センサ、音響センサ、超音波センサ及びAEセンサの少なくともいずれか一つである。   Preferably, the vibration system sensor is at least one of an acceleration sensor, an acoustic sensor, an ultrasonic sensor, and an AE sensor.

この発明は、他の局面では、上記のいずれかの異常診断方法を用いて異常診断を行なう、状態監視装置である。   The present invention, in another aspect, is a state monitoring device that performs abnormality diagnosis using any of the above-described abnormality diagnosis methods.

好ましくは、状態監視装置は、振動系センサによって検出された信号波形から分析対象でない周波数帯域の信号を除去するフィルタ部を備える。   Preferably, the state monitoring device includes a filter unit that removes a signal of a frequency band not to be analyzed from the signal waveform detected by the vibration sensor.

この発明では、特に一般的に困難とされている低周波ノイズ混入時の軸受診断について、提案した特殊な分析パラメータを利用することで軸受異常の識別が容易になる。これにより軸受等の異常診断を自動的に信頼性高く実施できる。   In the present invention, identification of a bearing abnormality is facilitated by utilizing the proposed special analysis parameter, particularly for bearing diagnosis when low frequency noise is mixed, which is generally considered to be difficult. Thereby, abnormality diagnosis of a bearing etc. can be implemented with high reliability automatically.

本実施の形態に係る状態監視装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the state monitoring apparatus which concerns on this Embodiment. 図1のデータ演算部160で実行される異常判定処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the abnormality determination processing performed by the data calculating part 160 of FIG. ノイズレベルが高い環境下で正常軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having carried out FFT of the vibration measurement data obtained from the normal bearing in the environment with a high noise level. ノイズレベルが高い環境下で損傷軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having carried out FFT of the vibration measurement data obtained from a damage bearing in the environment with a high noise level. ノイズレベルが低い環境下で正常軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having carried out the FFT of the vibration measurement data obtained from the normal bearing in the environment with a low noise level. ノイズレベルが低い環境下で損傷軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having carried out FFT of the vibration measurement data obtained from a damage bearing in the environment with a low noise level.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

[状態監視装置の基本構成]
図1は、本実施の形態に係る状態監視装置の構成を示すブロック図である。図1を参照して、状態監視装置100は、被試験装置10に設置された振動系センサ20から信号を受けて、被試験装置10の状態を監視し、異常を検出する。被試験装置10は、例えば工場や発電所などに設置された回転機器を含む設備である。回転機器は転がり軸受12を含む。転がり軸受12は、回転軸19に嵌合された内輪16と、被試験装置10に固定された外輪14と、内輪と外輪との間に配置された複数の転動体18とを含む。
[Basic configuration of status monitoring device]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the state monitoring device according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, the state monitoring apparatus 100 receives a signal from a vibration system sensor 20 installed in the device under test 10, monitors the state of the device under test 10, and detects an abnormality. The device under test 10 is a facility including a rotating device installed in, for example, a factory or a power plant. The rotating device comprises a rolling bearing 12. The rolling bearing 12 includes an inner ring 16 fitted to the rotary shaft 19, an outer ring 14 fixed to the device under test 10, and a plurality of rolling elements 18 disposed between the inner ring and the outer ring.

振動系センサ20は、回転時に生じる異常振動を検出することができる。なお、本実施の形態では、監視対象として加速度を例示するが、振動系センサ20は、加速度センサ以外にも、音響センサ、超音波センサ及びAEセンサであっても良い。   The vibration system sensor 20 can detect abnormal vibration generated at the time of rotation. In the present embodiment, although the acceleration is exemplified as the monitoring target, the vibration system sensor 20 may be an acoustic sensor, an ultrasonic sensor, or an AE sensor other than the acceleration sensor.

状態監視装置100は、アンプ110と、フィルタ120と、A/Dコンバータ130と、データ取得部140と、記憶装置150と、データ演算部160と、表示部170とを含む。   The state monitoring device 100 includes an amplifier 110, a filter 120, an A / D converter 130, a data acquisition unit 140, a storage device 150, a data operation unit 160, and a display unit 170.

回転機械に設置した振動系センサ20の電圧波形(以下、振動電圧波形)は、アンプ110において増幅され、フィルタ120において分析に不要な帯域の信号を除去し必要な帯域のみ通過させるバンドパスフィルタ処理(通過帯域1kHz〜10kHz)と、エンベロープ処理とが行なわれる。A/Dコンバータ130は、アンプ110の出力信号を受ける。データ取得部140は、A/Dコンバータ130からデジタル信号を受けて記憶装置150に測定データを記録する。データ演算部160は、記憶装置150から測定しておいた測定データを読み出してFFT解析を実施し、FFT解析実施後、低周波数帯域の周波数スペクトルに対して後に説明する各特徴量(OA値、Σm値及び合成パワー比Σm/Σo)を計算する。   The voltage waveform (hereinafter referred to as an oscillating voltage waveform) of the vibration sensor 20 installed in the rotating machine is amplified by the amplifier 110, and the filter 120 removes band signals unnecessary for analysis and passes only necessary bands. (Passband 1 kHz to 10 kHz) and envelope processing are performed. The A / D converter 130 receives the output signal of the amplifier 110. The data acquisition unit 140 receives the digital signal from the A / D converter 130 and records measurement data in the storage device 150. The data operation unit 160 reads out the measurement data measured from the storage device 150, performs FFT analysis, and performs each FFT (to be described later) on the frequency spectrum of the low frequency band. Calculate the Σm value and the combined power ratio mm / Σo).

データ演算部160は、各特徴量から被試験装置10の異常の有無を判断する。データ演算部160は、異常の有無を判断した場合、表示部170に判断結果を表示させる。   The data calculation unit 160 determines the presence or absence of an abnormality of the device under test 10 from each feature amount. When the data calculation unit 160 determines the presence or absence of an abnormality, the data calculation unit 160 causes the display unit 170 to display the determination result.

[異常判定処理の説明]
図2は、図1のデータ演算部160で実行される異常判定処理を説明するためのフローチャートである。図2を参照して、まずステップS1において、データ演算部160は、振動データと、振動データとともに記憶されていた回転速度信号と、監視対象軸受の設計諸元を記憶装置150から読み出す。
[Description of abnormality determination processing]
FIG. 2 is a flowchart for explaining the abnormality determination process performed by the data calculation unit 160 of FIG. Referring to FIG. 2, first, in step S 1, data operation unit 160 reads from storage device 150 the vibration data, the rotational speed signal stored together with the vibration data, and the design specification of the monitoring target bearing.

続いて、ステップS2において、データ演算部160は、回転速度信号および設計諸元に基づいて、軸受の損傷に起因した振動の基本周波数および高調波周波数を算出する。   Subsequently, in step S2, the data calculation unit 160 calculates the fundamental frequency and the harmonic frequency of the vibration caused by the damage of the bearing based on the rotation speed signal and the design specifications.

軸受損傷では、外輪、内輪、転動体のいずれかに傷が生じる。たとえば、外輪に傷(溝欠陥)が生じた場合、傷を転動体が通過するときにインパルスノイズが出る。このインパルスノイズは回転速度の関数として周期的に出る。   In the case of bearing damage, any one of the outer ring, the inner ring, and the rolling elements is damaged. For example, when the outer ring is damaged (groove defect), impulse noise is generated when the rolling element passes the damage. This impulse noise periodically appears as a function of rotational speed.

たとえば、外輪に欠陥があるときの振動の周波数をfout、軸の回転周波数をfr、転動体の数をZ、接触角をα、ピッチ円の直径をD、転動体の直径をdで表すと、以下の式でfoutが算出できる。
fout=1/2×Z×fr×(1−d/D×cosα)
ただし、インパルスノイズは正弦波とは異なるので、振動波形に高調波成分が含まれる。したがって、FFTを行なうと、foutを基本周波数として、その整数倍の高調波が観測できる。なお、内輪に欠陥がある場合、転動体に欠陥がある場合、保持器に欠陥がある場合についても、外輪の場合と同様に公知な式によって基本周波数を算出することができる。
For example, the frequency of vibration when there is a defect in the outer ring is fout, the rotational frequency of the shaft is fr, the number of rolling elements is Z, the contact angle is α, the diameter of the pitch circle is D, and the diameter of the rolling elements is d. , Fout can be calculated by the following equation.
fout = 1/2 × Z × fr × (1−d / D × cos α)
However, since the impulse noise is different from the sine wave, the vibration waveform includes harmonic components. Therefore, if FFT is performed, harmonics of integer multiples thereof can be observed with fout as the fundamental frequency. When the inner ring has a defect, the rolling element has a defect, and the cage has a defect, the fundamental frequency can be calculated by a known equation as in the case of the outer ring.

続いて、ステップS3において、データ演算部160は、主モニタリング帯域と副モニタリング帯域を決定する。主モニタリング帯域は、上記の基本周波数および高調波の周波数を中心として定められる帯域であり、副モニタリング帯域はそれ以外の帯域である。すなわち、データ演算部160は、回転速度信号および設計諸元に基づき算出された回転部品の損傷に起因した周波数成分とその高次成分をターゲットとして、速度信号偏差など影響も考慮し、損傷周波数とその高次成分に損傷周波数基本波の±数%(±5%〜±15%前後)の主モニタリング帯域を設定する。   Subsequently, in step S3, the data calculation unit 160 determines the main monitoring band and the sub monitoring band. The main monitoring band is a band defined around the above-mentioned fundamental frequency and the frequency of harmonics, and the sub monitoring band is a band other than that. That is, the data calculation unit 160 sets the damage frequency and the frequency component as a target by taking the frequency component and its higher order components as a target due to the damage of the rotating part calculated based on the rotation speed signal and the design specifications. A main monitoring band of ± several% (about ± 5% to ± 15%) of the damage frequency fundamental wave is set in the higher order component.

たとえば、監視帯域のうち、主モニタリング帯域を30%が占め、副モニタリング帯域を70%が占めるようにモニタリング帯域を設定することが好ましく、監視帯域のうち、主モニタリング帯域を10%が占め、副モニタリング帯域を90%が占めるようにモニタリング帯域を設定することがより好ましい。この場合、基本周波数、高調波周波数を中心にして基本周波数の±5%の帯域が主モニタリング帯域となり、それ以外の残りの部分は副モニタリング帯域となる。   For example, it is preferable to set the monitoring band such that 30% of the monitoring band occupies 30% of the main monitoring band and 70% of the sub monitoring band, and 10% of the monitoring band occupies the main monitoring band, It is more preferable to set the monitoring band so that 90% occupies the monitoring band. In this case, the ± 5% band of the fundamental frequency around the fundamental frequency and the harmonic frequency is the main monitoring band, and the remaining part is the sub-monitoring band.

続いて、ステップS4において、データ演算部160は、取得した振動測定データに対して、FFTを実行し、ステップS5においてΣm、Σoを算出し、ステップS6において合成パワー比Σm/Σoを算出する。   Subsequently, in step S4, the data calculation unit 160 executes FFT on the acquired vibration measurement data, calculates Σm and Σo in step S5, and calculates combined power ratio mm / Σo in step S6.

上記において、主モニタリング帯域での実測データの周波数成分の合成パワーを、Σmonitoring(Σm)とする。Σmは、主モニタリング帯域の周波数成分パワースペクトルの積和を意味する。   In the above, the combined power of the frequency components of the measured data in the main monitoring band is 実 測 monitoring (Σm). Σ m means the product sum of frequency component power spectra of the main monitoring band.

また、上記主モニタリング帯域以外での実測データの周波数成分の合成パワーを、Σothers(Σo)とする。Σoは、副モニタリング帯域の周波数成分パワースペクトルの積和を意味する。   Also, let otherothers (Σo) be a combined power of frequency components of measured data outside the main monitoring band. Σ o means the product sum of frequency component power spectra of the sub monitoring band.

このような提案した分析パラメータ(Σm、Σo、及び合成パワー比Σm/Σo)を利用することによって、低周波ノイズが混入された振動測定データに対しても、軸受異常の識別が容易になり、異常診断の信頼性が高くなるとともに、自動的に異常診断することが可能となる。   By utilizing such proposed analysis parameters (Σm, oo, and combined power ratio mm / Σo), discrimination of bearing abnormalities is facilitated even for vibration measurement data into which low frequency noise is mixed, While the reliability of the abnormality diagnosis becomes high, it becomes possible to make an abnormality diagnosis automatically.

ステップS7では、データ演算部160は、合成パワー比Σm/Σoがしきい値よりも大きいか否かを判断する。ステップS7において、Σm/Σo>しきい値が成立した場合(S7でYES)、ステップS8において、データ演算部160は、軸受が異常であると判定する。一方、ステップS7において、Σm/Σo>しきい値が成立しない場合(S7でNO)、ステップS9において、データ演算部160は、軸受が正常であると判定する。   In step S7, data operation unit 160 determines whether combined power ratio mm / Σo is larger than a threshold. In step S7, when the Σm / 成立 o> threshold value is established (YES in S7), the data calculation unit 160 determines that the bearing is abnormal in step S8. On the other hand, if Σm / Σo> threshold value is not established in step S7 (NO in S7), data operation unit 160 determines in step S9 that the bearing is normal.

ステップS8またはステップS9において、いずれかの判定が実施されたら、ステップS10において異常判定処理が終了する。   If one of the determinations is performed in step S8 or step S9, the abnormality determination process ends in step S10.

以上説明した本実施の形態に係る異常診断方法は、軸受の回転時に発生する機械的振動を振動系センサ20によって測定した測定データに基づいて軸受の異常の有無を判定する。この異常診断方法は、回転速度信号および軸受設計諸元に基づき算出された軸受の損傷に起因した基本周波数および基本周波数の高調波周波数の各々に主モニタリング帯域を設定するステップ(S3)と、測定データに対して周波数分析を実行し、基本周波数および高調波周波数の各々における主モニタリング帯域での周波数成分のパワーの合計を示す第1の値Σmと、主モニタリング帯域以外の副モニタリング帯域での周波数成分のパワーの合計を示す第2の値Σoとを用いて、診断対象の軸受の異常を判定するステップ(S5〜S9)とを備える。   The abnormality diagnosis method according to the present embodiment described above determines the presence / absence of abnormality of the bearing based on measurement data obtained by measuring mechanical vibration generated at the time of rotation of the bearing by the vibration system sensor 20. This abnormality diagnosis method comprises the steps of setting the main monitoring band to each of the fundamental frequency and the harmonic frequency of the fundamental frequency caused by the damage of the bearing calculated based on the rotational speed signal and the bearing design specifications (S3), and measurement A first value に 対 し て m indicating the sum of the power of frequency components in the main monitoring band at each of the fundamental frequency and the harmonic frequency by performing frequency analysis on the data and the frequency in the sub monitoring band other than the main monitoring band Determining the abnormality of the bearing to be diagnosed using a second value oo indicating the sum of component powers (S5 to S9).

好ましくは、判定するステップ(S7〜S9)は、第1の値Σmを第2の値Σoで除算した値Σm/Σoがしきい値を超える場合に診断対象の軸受が異常であると判定する。   Preferably, the determining (S7 to S9) determines that the bearing to be diagnosed is abnormal if a value mm / Σo obtained by dividing the first value mm by the second value oo exceeds a threshold value. .

なお、従来の判断と組み合わせて、振動測定データの分析結果(OA値)から、予め設定したOA値の閾値を超えている場合には「要注意状態」にあると判定し、今回導入した特殊な分析パラメータ(Σm、Σo、及び合成パワー比Σm/Σo)を利用することで詳細分析・異常診断を行なうようにしても良い。   In addition, in combination with the conventional judgment, if it exceeds the threshold value of the OA value set in advance from the analysis result (OA value) of the vibration measurement data, it is judged to be in the "needs attention state" and the special introduced this time Detailed analysis and abnormality diagnosis may be performed by using various analysis parameters (Σm, Σo, and combined power ratio mm / Σo).

[実施例]
以下に、本実施の形態で示した異常判定方法を適用して、4条件において判定を実行したので、データを示して説明する。
[Example]
Hereinafter, since the determination is performed under the four conditions by applying the abnormality determination method described in the present embodiment, data will be shown and described.

試験条件および分析方法を以下a)〜d)に示す。
a)軸受負荷状態で低速回転(100rpm)時振動測定
b)軸受(正常軸受、損傷軸受:外輪軌道面に1箇所損傷あり)
c)環境(ノイズレベル高/ノイズレベル低)
d)分析方法:振動データに対し、BPF(1kHz〜10kHz)処理後、エンベロープ処理、FFT解析を実施した。解析実施後、低周波数帯域(〜200Hz)の周波数スペクトルに対してOA値、Σm値及び合成パワー比Σm/Σoを計算した。
Test conditions and analysis methods are shown below in a) to d).
a) Bearing measurement at low speed rotation (100 rpm) vibration measurement b) Bearing (normal bearing, damaged bearing: outer ring raceway surface damaged at one point)
c) Environment (high noise level / low noise level)
d) Analysis method: For vibration data, after BPF (1 kHz to 10 kHz) processing, envelope processing and FFT analysis were performed. After the analysis, the OA value, the mm value, and the combined power ratio mm / oo were calculated for the frequency spectrum of the low frequency band (〜200 Hz).

図3は、ノイズレベルが高い環境下で正常軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。図3において、基本周波数に対応する主モニタリング帯域M1、高調波周波数に対応する主モニタリング帯域M2〜M14を設定した。監視帯域全体を占める主モニタリング帯域の比率は10%、副モニタリング帯域の比率を90%に設定した。この場合、各数値の算出結果は、OA=0.0968、Σm=0.0456、Σm/Σo=0.53であった。   FIG. 3 is a diagram showing the result of FFT of vibration measurement data obtained from a normal bearing under an environment where noise level is high. In FIG. 3, a main monitoring band M1 corresponding to a fundamental frequency and main monitoring bands M2 to M14 corresponding to harmonic frequencies are set. The proportion of the main monitoring band occupying the entire monitoring band was set to 10%, and the proportion of the secondary monitoring band to 90%. In this case, the calculation results of the respective numerical values are OA = 0.0968, Σm = 0.0456, and Σm / Σo = 0.53.

図4は、ノイズレベルが高い環境下で損傷軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。主モニタリング帯域および副モニタリング帯域は、図3と同様に設定した。各数値の算出結果は、OA=0.1728、Σm=0.1233、Σm/Σo=1.01であった。   FIG. 4 is a diagram showing the result of FFT of vibration measurement data obtained from a damaged bearing under an environment of high noise level. The main monitoring band and the secondary monitoring band were set as in FIG. The calculation results of the respective numerical values were OA = 0.1728, Σm = 0.1233, and Σm / Σo = 1.01.

図5は、ノイズレベルが低い環境下で正常軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。主モニタリング帯域および副モニタリング帯域は、図3と同様に設定した。各数値の算出結果は、OA=0.0223、Σm=0.0106、Σm/Σo=0.54であった。   FIG. 5 is a diagram showing the result of FFT of vibration measurement data obtained from a normal bearing under a low noise level environment. The main monitoring band and the secondary monitoring band were set as in FIG. The calculation results of the respective numerical values were OA = 0.0223, Σm = 0.0106, and Σm / Σo = 0.54.

図6は、ノイズレベルが低い環境下で損傷軸受から得られた振動測定データをFFTした結果を示す図である。主モニタリング帯域および副モニタリング帯域は、図3と同様に設定した。各数値の算出結果は、OA=0.0694、Σm=0.0555、Σm/Σo=1.33であった。   FIG. 6 is a diagram showing the result of FFT of vibration measurement data obtained from a damaged bearing under a low noise level environment. The main monitoring band and the secondary monitoring band were set as in FIG. The calculation results of the respective numerical values were OA = 0.0694, Σm = 0.0555, and Σm / Σo = 1.33.

従来の分析方法で使用されていたOA値は、ノイズレベルが高い環境で正常軸受から得られたデータ(図3)の方が、ノイズレベルが低い環境で損傷軸受から得られたデータ(図6)よりも高かった。したがって、OA値に対するしきい値設定による損傷軸受の自動判定はできないことが分かる。   The OA values used in the conventional analysis method are the data obtained from normal bearings in a high noise level environment (FIG. 3) and the data obtained from damaged bearings in a low noise level environment (FIG. 6) Higher than). Therefore, it is understood that automatic determination of a damaged bearing can not be made by threshold setting for the OA value.

ここて、分析パラメータ(Σm、Σo、及び合成パワー比Σm/Σo)を用いて再分析すると、Σm値及び合成パワー比Σm/Σoは、ノイズレベルが低い損傷軸受の方がノイズレベルが高い正常軸受よりも高い値に現れる。特に合成パワー比Σm/Σoについては、ノイズレベルの高低に関係なく、図3、図5に示す正常軸受の分析結果はほぼ同じレベル(0.53,0.54)で、図4、図6に示す損傷軸受の分析結果(1.01,1.33)と著しい差異がある。たとえば、合成パワー比Σm/Σoに対してしきい値を0.7〜0.8付近に定めると、損傷軸受と正常軸受を自動的に区別することが可能となる。したがって、合成パワー比Σm/Σoに対し適切にしきい値を定めれば、損傷軸受と正常軸受の判定を正確に行なうことができる。   Here, when reanalysis is performed using analysis parameters (Σm, 合成 o, and combined power ratio mm / Σo), mm value and combined power ratio mm / Σo are normal when the noise level is low and the noise level is high in the damaged bearing. Appears at higher values than bearings. In particular, with regard to the combined power ratio mm / 分析 o, the analysis results of the normal bearings shown in FIGS. 3 and 5 are substantially the same level (0.53 and 0.54) regardless of the noise level. There is a remarkable difference from the analysis results (1.01, 1.33) of the damaged bearing shown in For example, when the threshold value is set to about 0.7 to 0.8 for the combined power ratio mm / mo, it is possible to automatically distinguish between a damaged bearing and a normal bearing. Therefore, if the threshold value is appropriately determined for the combined power ratio mm / Σo, it is possible to accurately determine the damaged bearing and the normal bearing.

以上の結果を要約すると、損傷周波数帯域にノイズの混入がある場合には、OA値を比較すると、ノイズの少ない環境で測定した損傷軸受のOA値がノイズの多い環境で測定した正常軸受のOA値より低いため、しきい値設定による自動判定はできない。したがって自動で判定することは誤判定の可能性が高く、実用的ではない。   Summarizing the above results, when there is noise contamination in the damage frequency band, comparing the OA value, the OA value of the damaged bearing measured in a low noise environment is the OA of a normal bearing measured in a noisy environment Since it is lower than the value, automatic judgment can not be made by setting the threshold. Therefore, automatic determination has a high possibility of erroneous determination and is not practical.

一方、本実施の形態で提案した分析パラメータを導入すると、Σm値比較した場合、損傷軸受のΣm値が正常軸受のΣm値よりも高くなることが分かった。また、Σm/Σo値を比較すると、正常軸受の合成パワー比0.53〜0.54に対し、損傷軸受の合成パワー比が1.01〜1.33で明瞭な違いがある。したがって、本実施の形態の判定方法によれば、ノイズレベルが高い環境で測定した軸受の振動データに対しても、自動判定可能か可能となる。   On the other hand, when the analysis parameters proposed in the present embodiment were introduced, it was found that the mm value of the damaged bearing was higher than the mm value of the normal bearing when the mm values were compared. Further, when the Σm / Σo values are compared, there is a clear difference in the combined power ratio of the damaged bearings from 1.01 to 1.33 with respect to the combined power ratio of the normal bearings from 0.53 to 0.54. Therefore, according to the determination method of the present embodiment, it is possible to automatically determine the vibration data of the bearing measured in an environment where the noise level is high.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

10 被試験装置、12 軸受、14 外輪、16 内輪、18 転動体、19 回転軸、20 振動系センサ、100 状態監視装置、110 アンプ、120 フィルタ、130 コンバータ、140 データ取得部、150 記憶装置、160 データ演算部、170 表示部、M1〜M14 主モニタリング帯域。   10 Device under test, 12 bearings, 14 outer rings, 16 inner rings, 18 rolling elements, 19 rotating shafts, 20 vibration system sensors, 100 condition monitoring devices, 110 amplifiers, 120 filters, 130 converters, 140 data acquisition units, 150 storage devices, 160 Data operation unit, 170 display unit, M1 to M14 Main monitoring band.

Claims (5)

軸受の回転時に発生する機械的振動を振動系センサによって測定した測定データに基づいて前記軸受の異常の有無を判定する異常診断方法であって、
回転速度信号および軸受設計諸元に基づき算出された軸受の損傷に起因した基本周波数および前記基本周波数の高調波周波数の各々に主モニタリング帯域を設定するステップと、
前記測定データに対して周波数分析を実行し、前記基本周波数および前記高調波周波数の各々における前記主モニタリング帯域での周波数成分のパワーの合計を示す第1の値と、前記主モニタリング帯域以外の副モニタリング帯域での周波数成分のパワーの合計を示す第2の値とを用いて、診断対象の軸受の異常を判定するステップとを備える、異常診断方法。
An abnormality diagnosis method of determining the presence or absence of an abnormality of the bearing based on measurement data obtained by measuring mechanical vibration generated at the time of rotation of the bearing by a vibration system sensor,
Setting a main monitoring band for each of the fundamental frequency attributable to the damage to the bearing calculated based on the rotational speed signal and the bearing design specifications and the harmonic frequency of the fundamental frequency;
A first value indicating a sum of powers of frequency components in the main monitoring band at each of the fundamental frequency and the harmonic frequency by performing frequency analysis on the measurement data; Determining an abnormality of a bearing to be diagnosed using a second value indicating a sum of powers of frequency components in the monitoring band.
前記判定するステップは、前記第1の値を前記第2の値で除算した値がしきい値を超える場合に前記診断対象の軸受が異常であると判定する、請求項1に記載の異常診断方法。   The abnormality diagnosis according to claim 1, wherein the determining step determines that the bearing to be diagnosed is abnormal when a value obtained by dividing the first value by the second value exceeds a threshold. Method. 前記振動系センサは、加速度センサ、音響センサ、超音波センサ及びAEセンサの少なくともいずれか一つである、請求項1に記載の異常診断方法。   The abnormality diagnosis method according to claim 1, wherein the vibration system sensor is at least one of an acceleration sensor, an acoustic sensor, an ultrasonic sensor, and an AE sensor. 請求項1〜3のいずれかに記載の異常診断方法を用いて異常診断を行なう、状態監視装置。   The state monitoring apparatus which diagnoses abnormality using the abnormality diagnostic method in any one of Claims 1-3. 前記振動系センサによって検出された信号波形から分析対象でない周波数帯域の信号を除去するフィルタ部を備える、請求項4に記載の状態監視装置。   The condition monitoring device according to claim 4, further comprising a filter unit that removes a signal of a frequency band not to be analyzed from the signal waveform detected by the vibration sensor.
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